Окумуштуулар электр тогун бөлмө температурасында айрым материалдар аркылуу натыйжалуу өткөрүүнүн жана энергияны жылуулук түрүндө жоготпоонун жолун табышты.
Көптөн бери көздөлгөн табылганын бөлмө температурасында иштөөсү – буга чейин жетүү өтө кыйын деп эсептелген иш.
Бул илимий ачылыш суперөткөрүмдүүлүк тармагында революция жасап, энергияны сактоо жана өндүрүү ыкмаларын түп-тамырынан өзгөртүшү мүмкүн.
Азыркы жыйынтыгы эле ачылыш катары каралып жаткан изилдөөгө Германия, Швеция, Индия, Жапония, Италия, Египет, Катар, Тайвань жана Бириккен Араб Эмираттарынын алдыңкы университеттери жана илимий мекемелеринин окумуштуулары салым кошушкан.
Изилдөөнүн негизги тыянактарын Европа Биримдигинин илим чөйрөсүнө адистешкен AlphaGallileo жана Австралия менен Океания аймагынын ушундай эле багыттагы Scimex маалымат порталдары кабарлашты.
Ал эми илимий изилдөөнүн өзү Physical Review Letters журналында жарыяланган.
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/dxzf-fx8k
“Биздин изилдөө катуу материалдарда электрондордун өз ара аракеттенишин карады. Дал ушул өз ара аракеттер жогорку температурадагы суперөткөрүмдүүлүк жана заряддын тыгыздыгынын толкундары (ЗТТ) сыяктуу таң калыштуу көрүнүштөрдү жаратат.
Бул эффекттер маанилүү, анткени алар электр энергиясынын материал аркылуу канчалык натыйжалуу өтөөрүн аныктайт жана келечектеги технологияларды түп-тамырынан өзгөртүү мүмкүчүлүгүнө ээ.
Көпчүлүк материалдарда электрондор бири-биринен көз карандысыз кыймылдайт. Бирок айрым материалдарда алар жамааттык түрдө өз ара аракеттенип, күчтүү жана жаңы касиеттерди жаратат.
Биз материал жогорку басымга алынганда, башкача айтканда электрондор бири-бирине жакындатылганда, бул өз ара аракеттер кандайча өзгөрөрүн түшүнгүбүз келди.
Биздин ачылыш материал таануу илиминде жаңы мүмкүнчүлүктөрдү тартуулайт.
Негизги жыйынтыгыбыз – айрым материалдардагы электрондор жогорку басым астында таң калыштуу жана күчтүү касиетти көрсөтө алышаары.
Заряддын тыгыздыгынын толкуну (ЗТТ) кубатын жоготпостон күчөйт жана бөлмө температурасында да байкалышы мүмкүн. Бул – сейрек көрүнүш, анткени окшош материалдардын дээрлик бардыгында ЗТТ басым астында жоголот”,- деп түшүндүрдү изилдөөнүн башкы автору, физика илимдеринин доктору, БАЭдеги Шарджа жана Швециядагы Уппсала университеттеринин доценти Махмуд Абдель-Хафиез (Mahmoud Abdel-Hafiez).
“Бул ачылыш илим дүйнөсүндө чоң кызыгуу жаратат. Заряддын тыгыздыгынын толкуну (ЗТТ) бөлмө температурасында да ушунчалык туруктуу болуп калганынын себебин толук түшүнүү үчүн мюондук резонанс спектроскопиясы, нейтрондук чачыроо жана ARPES сыяктуу методдор абдан маанилүү болот”,- деп кошумчалайт Швециядагы Уппсала университетинин Материал таануу теориясы боюнча профессору жана Физика боюнча Нобель комитетинин төрагасы Олле Эрикссон (Olle Eriksson).
Илимий табылганын келечек үчүн мааниси
AlphaGallileo жана Scimex порталдарындагы маалыматта белгиленгендей, электрондук касиетти басым астында күчөтүү – келечектеги технологиялар үчүн жаңы мүмкүнчүлүктөрдү сунуштайт.
Эгер илим материалдык өз ара аракеттенүүлөрдү башкара алса, анда бул изилдөө көрсөткөндөй, жетүүгө мүмкүн чоң ачылыш болот.
Дүйнө электр энергиясын дээрлик же таптакыр энергия жоготпостон өткөрө алган материалдарды жана мурда эч качан көрүлбөгөндөй тез жана натыйжалуу иштеген түзмөктөрдү жаратууга жакындайт.
“Бул жыйынтык өзгөчө көңүл бурарлык, анткени ал электрондук тартип басымдын астында кандайча өзүн алып жүрөрү тууралуу азыркы түшүнүгүбүзгө каршы келет.
Заряддын тыгыздыгынын толкуну (ЗТТ) бөлмө температурасына чейин кубатын жоготпостон күчөй турганын байкоо, байланышкан электрондук системаларды изилдөөнүн толугу менен жаңы жолдорун ачат. Бул ачылыш талашсыз түрдө тармак боюнча кошумча эксперименттик жана теориялык изилдөөлөргө шыктандырат”,- деди Германиянын Гейдельберг университетинин профессору Рюдигер Клингелер (Rüdiger Klingeler).
Изилдөө көрсөтүп жаткандай, заряддын тыгыздыгынын толкундары (ЗТТ) басым астында бөлмө температурасында күчөй алат. Бул ачылыш өтө төмөн температураларды талап кылбаган, натыйжалуу иштеген материалдарды түзүүгө жол ачат жана алдыңкы электрондук технологияларды ишке киргизүүнү жеңилдетип, чыгымдарын азайтат.
“Биздин изилдөө көрсөткөндөй, эгер заряддын тыгыздыгынын толкундары (ЗТТ) бөлмө температурасында да мүмкүн болсо, бул азыраак энергия керектеген жана азыраак жылуулук бөлүп чыгарган түзүлүштөрдү пайда кылат.
Демек, электроника узакка чыдайт, электр энергиясынын чыгымы төмөндөйт жана экологияга тийгизген таасир азаят.
Бул жыйынтыктар ошондой эле келечектеги жогорку натыйжалуу электр энергия системалары же ылдамыраак эсептөөчү түзмөктөр сыяктуу технологияларга карай жылышты көрсөтөт.
Алдыңкы электроника, байланыш технологиялары жана таза энергия боюнча өнөр-жай күнүмдүк шарттарда жакшыраак иштеген материалдардан пайда көрүшү мүмкүн”, – дейт доктор Махмуд Абдель-Хафиез (Mahmoud Abdel-Hafiez).
Узак мөөнөттүү келечекте электрондук карым-катышты көзөмөлдөөнү үйрөнүү адамзатты бөлмө температурасында иштеген суперөткөргүчтөр сыяктуу ачылыштарга жакындата алат, ал энергиядан тартып транспортко чейин бардык тармактарды өзгөртмөкчү.
Изилдөөнүн башкы автору, доктор Махмуд Абдель-Хафиез (Mahmoud Abdel-Hafiez) азырынча алардын илимий ишинин ыктымал же мүмкүн болгон практикалык эки колдонмосуна да токтолду.
Биринчиси – ылдамыраак жана энергияны натыйжалуу пайдаланган электрондук түзүлүштөрдү долбоорлоо.
Эгер материалдар бөлмө температурасында электрондордун агымын өз алдынча көзөмөлдөй алса, компьютрлер, сенсорлор жана байланыш системалары азыраак энергия керектеп, азыраак жылуулук бөлүп чыгармак.
Бул батарейканын иштөө мөөнөтүн узартууга жана күнүмдүк түзмөктөрдүн энергия керектөөсүн азайтууга жардам берет.
Экинчиси – кийинки муундагы энергия системалары.
Электрондордун касиетин түшүнүү жана башкаруу бөлмө температурасында иштеген суперөткөргүчтөр сыяктуу технологияларга жакындашыбызга шарт түзүшү мүмкүн, ал электр энергиясын узак аралыкка эч кандай энергия жоготпостон жеткире алат.
Бул электр тармактарын түп-тамырынан өзгөртүп, чыгымдарын азайтып, таза таза жана туруктуу энергия чечимдерин колдоого шарт түзөт.
Илимий терминдерге түшүндүрмө:
Суперөткөрүмдүүлүк – кванттык-механикалык көрүнүш, анда айрым материалдар мерчемделген температурадан төмөндө электр тогун каршылык көрсөтпөстөн өткөрүп, магниттик талааларды сыртка чыгарат (Мейснер эффекти). Бул токтун үзгүлтүксүз жана жоготуусуз агымына мүмкүндүк берет.
Кадимки металл өткөргүчтөрдө алардын каршылыгы температура төмөндөшү менен, дээрлик абсолюттук нөлгө жеткенге чейин, акырындап азаят. Ал эми суперөткөргүчтүн өзүнө мүнөздүү критикалык температурасы бар, андан ылдыйлаганда каршылык кескин түрдө нөлгө чейин төмөндөйт.
Суперөткөргүмдүүлүк феномени 1911-жылы голландиялык физик Хейке Камерлинг Оннес ( Heike Kamerlingh Onnes, 1853-1926) тарабынан ачылган.
Ал азыр МРТ үчүн күчтүү магниттерде, бөлүкчөлөрдү тездеткичтерде жана магниттик жаздыкчадагы поезддерде колдонулат.
Келечекте болсо электр энергиясын өткөрүү жана кванттык эсептөөлөр үчүн колдонулуу потенциалына ээ.
Заряддын тыгыздык толкуну (ЗТТ) – сызыктуу чынжырча бирикмеде же катмарлуу кристаллда электрондордон түзүлгөн кванттык суюктуктун көрүнүшү. ЗТТдагы электрондор туруктуу толкун формасын түзүп, кээде электр тогун коллективдүү ташый алышат.
ЗТТдагы электрондор суперөткөргүчтөгү электрондор сыяктуу сызыктуу чынжырча бирикмеден массалык жана жогорку координация менен агышат.
Бирок, суперөткөргүчтөн айырмаланып, ЗТТдагы электр тогу крандан агып чыккан суу тамчылары сыяктуу көбүнчө токтоп-токтоп агат. Бул анын электростатикалык касиеттерине байланыштуу.
Мюондук резонанс спектроскопиясы – материалдарды атомдук деңгээлде изилдөө үчүн мюондорду кичинекей магниттик зонд катары колдонгон күчтүү ыкма.
Бул ыкма жергиликтүү магниттик талааларды, электрондук түзүлүштү жана динамиканы аныктоого мүмкүнчүлүк берет жана суперөткөргүчтөрдү, магниттик материалдарды, батарейкаларды жана жумшак материалдарды түшүнүүдө маанилүү.
Мюондор электрондорго окшош элементардык бөлүкчө, бирок оорураак, материалдарда токтойт. Алардын спини жергиликтүү магниттик талаада айланганда, илимпоздор спиндин кыймылын изилдөө менен материалдын ички чөйрөсүн карталоого мүмкүнчүлүк алышат.
Спин – кванттык механикада бардык элементардык бөлүкчөлөргө таандык ички касиет.
Нейтрондук чачыроо – атомдук деңгээлде материалдарды изилдөө үчүн нейтрон агымдарын колдонгон күчтүү ыкма жана материал таануу, химия, физика тармактарында полимерлерден суперөткөргүчтөргө чейин бардык нерселерди түшүнүү үчүн чечүүчү мааниге ээ.
Ал нейтрондор материалга чачыратылган учурда кандайча өз ара аракеттенерин байкоо аркылуу материалдын түзүлүшүн, динамикасын (кыймылын) жана магниттик касиеттерин аныктоого мүмкүндүк берет.
Бул ыкма жеңил элементтерди (мисалы, суутек) жана магниттик структураларды изилдөөдө өзгөчө пайдалуу. Нейтрондук дифракция (түзүлүштү изилдөө) жана нейтрондук спектроскопия (динамиканы изилдөө) сыяктуу техникаларды колдонуу менен жүргүзүлөт.
Нейтрон өзү – электр заряды жок (нейтралдык) субатомдук бөлүкчө, атом ядросунун негизги курулуштук бөлүкчөлөрүнүн бири жана дээрлик бардык белгилүү заттын курамында бар.
Нейтрон 1932-жылы британиялык физик Джеймс Чедвик ( James Chadwick, 1891 – 1974) тарабынан ачылган жана ал бул үчүн 1935-жылы Физика боюнча Нобель сыйлыгын алган.
ARPES (angle-resolved photoemission spectroscopy – бурчтуу фотоэмиссия спектроскопиясы) – конденсацияланган абал физикасында колдонулган заманбап эксперименталдык ыкма, катуу материалдардын электрондук түзүлүшүн изилдейт.
Ал фотоэлектрдик эффектке негизделет, анда электрондордун үлгү фотондор менен нурлангандан кийинки кинетикалык энергиясы жана учуу бурчу өлчөнөт.
Бул материалдардын энергетикалык зона структурасын реконструкциялоого мүмкүндүк берип, алардын касиеттерин, мисалы суперөткөргүчтүк же топологиялык эффекттерди түшүнүү үчүн маанилүү.
Шилтемелер:
- Маалымат макала https://www.alphagalileo.org/en-gb/Item-Display/ItemId/266793?returnurl=https://www.alphagalileo.org/en-gb/Item-Display/ItemId/266793 жана https://www.scimex.org/newsfeed/scientists-unveil-breakthrough-that-could-transform-energy-transmission интернет порталдарындагы маалыматтын негизинде жазылды.
- Маалымат макалага негиз болгон илимий изилдөө Physical Review Letters журналында https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/dxzf-fx8k жарыяланган.
- Сүрөт unsplash.com сайтынан алынды, автору David Stroia.
- Илимий терминдерге түшүндүрмөнү Эл Илим коомдук фонду даярдады.
